Preparação e avaliação de célula a combustível do tipo PaCOS unitária com ânodo a base de níquel e cobalto

Abstract

RESUMOUma célula a combustível do tipo PACOS unitária foi preparada e avaliada na geração de energia elétrica, utilizando metano ou hidrogênio como combustível. O ânodo da célula foi sintetizado a partir do eletro-catalisador desenvolvido e testado nesse trabalho (CATAC). O CATAC foi preparado pela mistura mecânica da zircônia estabilizada com ítria (YSZ) com os precursores metálicos (nitrato de níquel e cobalto, em sua forma hexahidratado), adicionando-se 25% de ácido cítrico à massa total da mistura e por fim calcinado a 800°C por quatro horas em ar. O catalisador foi caracterizado por fluorescência de raios X (XRF) e espectroscopia foto-eletrônica de raios X (XPS), a qual não indicou interação eletrônica entre o cobalto e níquel; o teor metálico do CATAC foi de aproximadamente 35% em massa. O CATAC foi testado para a geração de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano, mostrando boa produtividade de hidrogênio a partir de 600ºC. A estrutura do ânodo/eletrólito/cátodo foi preparada por prensagem de uma camada de CATAC misturado com grafite, uma camada de YSZ puro, e uma camada de óxido misto de lantânio, estrôncio e manganês (LSM) e grafite. O conjunto foi então prensado e sinterizado a 1380°C por quatro horas. Nas superfícies do ânodo e cátodo foram fixadas telas de platina, com o auxílio de tinta de platina, sendo o conjunto aquecido a 1100°C. Todo o sistema foi colado a um reator de alumina utilizando cola cerâmica. Microscopias por MEV da estrutura mostraram eletrólito denso e eletrodos porosos, com um conjunto adequadamente sinterizado. A célula unitária foi testada utilizando metano ou hidrogênio como combustível, a três temperaturas de operação. A tensão variou inversamente proporcional com a corrente, quando o desempenho foi medido a 850 ou 950ºC e hidrogênio, mas manteve-se constante acima de cinco mV a 800ºC com metano. A célula unitária mostrou um desempenho satisfatório na geração de eletricidade tanto com metano quanto com hidrogênio como combustíveis. Palavras chaves:Rede Cooperativa, pilha a combustível, óxido sólido, catalisador, níquel, cobalto, YSZ. Synthesis and Evaluation of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) with Anode based on Nickel and Cobalt ABSTRACTA unitary solid oxide fuel cell (SOFC) was prepared and evaluated for the electric energy generation, using methane and hydrogen as fuel. The cell anode was made with the electro-catalyst developed and characterized in this work (CATAC). CATAC was prepared by the mechanical mixture of zirconia stabilized with ytria (YSZ) and the metallic precursors (nickel and cobalt nitrate, hexahydrated), adding 25% of citric acid to the total mass, and finally calcined at 800°C for four hours in air. The catalyst was characterized by X-ray fluorescence (XRF) and X-ray photo-electronic spectroscopy (XPS), which did not indicate any electronic interaction between nickel and cobalt; CATAC metal content was approximately 35% in mass. CATAC was tested for the hydrogen generation from methane vapor reforming, showing good productivity starting at 600ºC. The ...

Efeito de óxidos de níquel na sinterização de nanopartículas de óxido de cério dopado com samário (SDC) para aplicação em pilhas a combustível

“…Essas condições foram determinadas em trabalhos anteriores [31,36,37], sendo que, o principal critério foi o de utilizar os mesmos patamares empregados na preparação de cerâmicas com porosidade controlada, as quais são obtidas pela decomposição térmica de um formador de poros, por exemplo o amido [36][37][38]. As pastilhas mistas, de SDC com os óxidos de níquel, foram preparadas para serem posteriormente utilizadas na confecção dos cermets, através da redução dos óxidos em um ambiente redutor semelhante ao de funcionamento da pilha a combustível do tipo PaCOS [7,24,35,38].…”

“…Ao adicionarmos ao cermet de Ni/SDC outro metal, como o cobalto, por exemplo, formando o cermet de CoNi/SDC, a condutividade eletrônica do anodo aumenta. Além disso, o cobalto age como um "catalisador" facilitando a oxidação do combustível [7,24].…”

Eletrodeposição de ligas Mn-Co em aço inoxidável ferrítico AISI 430 a partir da reciclagem de baterias íon-Li: aplicação em interconectores das PaCOS

“…O contato elétrico entre duas pilhas unitárias adjacentes é promovido pelos interconectores, que também tem a função de separar e distribuir os gases combustível e oxidante no eletrodo durante a operação da PaCOS [3][4][5][6][7]. Nesse contexto, a escolha do material interconector deve ser feita de forma a garantir alguns requisitos básicos como baixo custo, boa condutividade elétrica e estabilidade química e estrutural nas condições de trabalho das PaCOS, além de ter que apresentar um coeficiente de expansão térmica compatível com os demais componentes da pilha [8][9][10].…”

“…Em relação aos materiais selecionados para a construção dos interconectores, nos últimos anos, os aços inoxidáveis tem se destacado [11][12][13]. Dentre as duas principais classes dos aços inoxidáveis, os aços ferríticos se destacam pelo custo inferior em relação à dos austeníticos (Tabelas 1 e 2), cuja adição de Ni em sua composição aumenta a estabilidade química, mas, por outro lado, aumenta também o custo e alteram as propriedades de expansão térmica do aço, o que torna essa última classe inviável para a fabricação dos interconectores [8,14]. Os aços inoxidáveis ferríticos (16)(17)(18)(19)(20), além do menor custo, possuem também boas propriedades mecânicas, elétricas e de usinagem, entretanto, em temperaturas elevadas, a camada passiva de Cr 2 O 3(s) , que garante boas propriedades de resistência à corrosão a todas as classes de aços inoxidáveis, se torna instável.…”